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第2节 核 能
知识点一 核能 精练版P67
1．原子、原子核的组成
(1)分子由原子构成，原子由原子核和核外电子构成，其中原子核带正电，核外电子带负电。
(2)原子由原子核和核外绕核旋转的电子构成，原子核由质子和中子组成，质子带正电荷，其电荷量跟电子的电荷量相等，中子不带电，整个原子不显电性。质子的质量比电子大得多，质子和中子的质量几乎相同，二者在一起构成非常小的原子核，就像几颗豆粒挤在原子这个大广场的中央。
2．核能
(1)质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的。但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或者质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量，这就是核能。
(2)核能属于一次能源，也属于新能源，释放核能的方式有两种：核裂变和核聚变。
知识点二 裂变和聚变 精练版P67
1．裂变
(1)用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，同时释放出巨大的能量，这种现象叫做裂变。1kg铀全部裂变，释放的能量超过2000t煤完全燃烧时释放的能量。
(2)链式反应
①小实验：将火柴搭成如图所示的结构，点燃第一根火柴后，观察所发生的现象。(会发现后面的火柴接连迅速燃烧起来)
②与小实验的现象类似，用中子轰击铀235原子核，铀核分裂时释放出核能，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，并释放出大量核能，这就是裂变中的链式反应，如图所示。
(3)裂变的应用
原子核在裂变时能够释放出大量的能量。
①如果对链式反应不加控制，将在极短时间内释放出巨大的核能，发生剧烈爆炸，原子弹就是根据这一原理制成的。
②我们还可以控制链式反应的速度。把核能用于和平建设事业。“核反应堆”就是控制链式反应的装置。
控制链式反应的速度，能够缓慢地、平稳地释放核能的装置，叫做核反应堆(如图1所示)。核反应堆是核电站的核心设备，它以铀为核燃料。核反应堆中放出的核能转化为高温高压蒸汽的内能，通过汽轮机和发电机转化为电能。
图1
③核电站工作流程(如图2所示)。
a．第一回路中的水或其他液体被泵压入核反应堆，在那里加热，然后进入热交换器，把热量传给第二回路的水，然后又被泵压回到核反应堆里。
b．在热交换器内，第二回路中的水经加热生成高温高压蒸汽送入汽轮机，驱动汽轮机做功后温度和压强都降低，进入冷凝器，最后又由泵把它压回热交换器。
c．高速旋转的汽轮机带动发电机发电。
图2
可见，核电站发电时能量转化顺序是：核能→内能→机械能→电能。
例1 如图所示为核电站发电流程图，在核电站发电过程中，能量转化的先后顺序的是( )
A．核能，化学能，机械能，电能
B．核能，机械能，内能，电能
C．核能，内能，机械能，电能
D．核能，内能，化学能，电能
解析：反应堆中铀核放出的核能转化为水蒸气的内能；水蒸气的内能转化为汽轮机的机械能；汽轮机的机械能转化为发电机的电能。
答案：C
2．聚变
(1)如果将某些质量很小的原子核，在超高温下结合成新的原子核，也会释放出巨大的核能，这就是聚变。聚变反应要求一开始就要有很高的温度，因此聚变反应也称为热核反应。
(2)大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊人的能量。氢弹就是利用核聚变原理制造的一种比原子弹威力还要大的核武器。太阳内部也在时刻不停地发生着核聚变。
(3)裂变与聚变的比较
比较
裂变
聚变
定义
较大原子核分裂为较小原子核的过程
质量很小的原子核结合成较大原子核的过程
条件
用中子轰击较大原子核
超高温
释放核能大小
巨大
更加巨大
是否可控制
可利用核反应堆控制链式反应的速度
目前，核聚变速度还不能人为控制
应用
原子弹、核电站
氢弹
(4)核能的利用特点
核能的优点
①核能十分巨大，它能极大地补充人类能源的不足，使用核能大大地节约了常规能源
②核能能够解决能源分布不均衡的问题
核能的缺点
①核能属于一次能源，且会越用越少
②核能存在核污染，产生核辐射，会对地球生物造成伤害
③核反应堆中会产生核废料，在处理核废料过程中，代价较高
核电站应用地域
①核电站一般建在能源需求量大，而且能源十分缺乏的地区
②核电站建在离人群较远的地区，避免对人畜造成伤害
例2 如图是________反应，这是________变的原理，若不人为控制，是制造________弹的原理。
解析：如图所示是用中子轰击铀核，使其分裂成两个质量中等大小的原子核，是裂变反应，可用于制造原子弹。
答案：链式 裂 原子
易错点 裂变和聚变的条件
裂变是较大原子核分裂为较小原子核的过程，称为重核裂变；重核裂变的条件是用中子轰击较大原子核。聚变是较小原子核结合成较大原子核的过程，称为轻核聚变；轻核聚变是在超高温环境下进行的。核裂变是可以人为控制的，核聚变目前还不能加以控制；利用核裂变可以建立核电站、制造原子弹，利用核聚变可以制造氢弹。
例2 下列说法中正确的是( )
A．裂变与聚变都释放内能
B．聚变是在中子轰击下引发的
C．裂变是在超高温下进行的
D．以上说法都不对
解析：裂变与聚变都释放巨大的核能，裂变是在中子的轰击下引发的，聚变是在超高温下进行的。
答案：D
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